虚拟现实场景重建及漫游系统的设计与实现

论文摘要

在当今的虚拟现实技术中,场景重建与漫游功能的实现一直都是该技术中的一个非常重要的组成部分和研究热点,尽管在过去的二十年中,虚拟现实场景重建技术有了长足的发展,但依然不能满足用户高效的对虚拟场景中虚拟现实海量场景模型和地形进行渲染的要求。同时,在对虚拟现实场景进行漫游时,对路径的编辑功能和对复杂地形的实时管理和优化也存在很多的研究盲点和技术上的不足。本文的研究着眼点是设计并实现一个虚拟现实场景重建系统,在此基础上实现对虚拟现实场景的漫游操作。文中首先介绍了虚拟现实的发展历史和研究现状,之后对论文中所涉及的关键技术和场景漫游原理进行了说明。接着,文章介绍了OpenSceneGraph图形渲染引擎和虚拟现实场景概念,之后引入了一种与人类视觉相关的四叉树复杂地形管理模型,并对模型进行了深入讨论。第三章中,设计和实现了虚拟现实场景重建系统,并且对系统中的核心模块的设计和实现做了详细的说明,本章的最后设计和实现了复杂地形管理模块。第四章首先对基于MFC和OSG的系统消息传递机制进行了研究,之后设计和实现了物体模型碰撞检测模块,接着通过使用Cardinal三次样条插值原理实现了自定义路径的编辑,在此基础上设计和实现了虚拟现实场景漫游功能。本文的最后对全文工作进行了总结,并对下一步工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外发展历史及研究现状和趋势
• 1.2.1 国内外发展历史
• 1.2.2 研究现状和趋势
• 1.3 关键技术及虚拟现实场景漫游系统
• 1.3.1 关键技术
• 1.3.2 虚拟现实场景漫游系统介绍
• 1.4 研究内容及论文结构
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 第2章 相关技术和概念及关键算法
• 2.1 OSG相关技术
• 2.1.1 OSG技术概述
• 2.1.2 OSG技术特点
• 2.2 相关概念
• 2.2.1 虚拟现实场景概念
• 2.2.2 虚拟现实场景图形渲染层次组成结构
• 2.2.3 OSG中场景图形渲染过程
• 2.3 关键算法研究
• 2.3.1 背景介绍
• 2.3.2 一种与人类视觉相关的LOD复杂地形管理算法
• 2.4 本章小节
• 第3章 虚拟现实场景重建系统的设计与实现
• 3.1 面临的问题
• 3.2 总体需求分析
• 3.3 总体结构设计
• 3.4 关键模块的设计与实现
• 3.4.1 渲染管理模块设计与实现
• 3.4.2 动画效果模块的设计与实现
• 3.4.3 场景图形管理模块的设计与实现
• 3.4.4 碰撞检测模块的设计与实现
• 3.5 各个插件模块的设计与实现
• 3.5.1 粒子系统模块的设计与实现
• 3.5.2 粒子系统效果显示
• 3.6 地形管理模块的总体设计与实现
• 3.6.1 总体设计
• 3.6.2 模块的实现
• 3.7 仿真结果
• 3.8 本章小节
• 第4章 虚拟现实场景漫游功能的设计与实现
• 4.1 MFC与OSG交互问题
• 4.1.1 MFC中向导工具说明
• 4.1.2 OSG+MFC程序框架
• 4.1.3 OSG+MFC程序执行流程
• 4.1.4 OSG+MFC中主要函数的工作流程
• 4.2 漫游功能的设计与实现
• 4.2.1 场景漫游操作器的设计
• 4.2.1.1 漫游原理
• 4.2.1.2 事件处理模型
• 4.2.1.3 视图矩阵控制模型
• 4.2.2 场景漫游操作具体类的实现
• 4.2.3 碰撞检测设计与实现
• 4.2.3.1 碰撞检测设计
• 4.2.3.2 碰撞检测实现
• 4.2.4 路径漫游的基本思想
• 4.2.5 漫游路径生成插值算法
• 4.3 仿真结果及实验数据分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢